Aus der Branche

Die DITF leiten das Verbundprojekt „DACCUS-Pre*“. Die Grundidee des Projektes ist es, einen neuen Baustoff zu entwickeln, der langfristig Kohlenstoff speichert und der Atmosphäre sogar mehr CO₂ entnimmt, als bei seiner Herstellung freigesetzt wird.   

In Zusammenarbeit mit der Firma TechnoCarbon Technologies ist das Vorhaben inzwischen fortgeschritten – ein erster Demonstrator als Hauswandelement konnte realisiert werden. Dieser besteht aus drei Werkstoffen: Naturstein, Carbonfasern und Biokohle. Jede einzelne Komponente trägt dabei in unterschiedlicher Art und Weise zu der negativen CO₂-Bilanz des Werkstoffs bei:

Zwei Gesteinsplatten aus Naturstein bilden die Sichtwände des Wandelements. Durch die mechanische Bearbeitung des Materials, dem Zusägen in Gesteinstrennmaschinen, fallen nennenswerte Mengen an Gesteinsstaub an. Dieser ist durch seine große spezifische Oberfläche sehr reaktionsfreudig. Durch Silikatverwitterung des Gesteinsstaubs wird einen große Menge CO₂ aus der Atmosphäre dauerhaft gebunden.

Carbonfasern in Form von technischem Gewebe verstärken die Seitenwände der Wandelemente. Sie nehmen Zugkräfte auf und sollen, analog zu Verstärkungsstahl in Beton, den Baustoff stabilisieren. Die verwendeten Carbonfasern sind biobasiert, hergestellt auf der Basis von Biomasse. Lignin-basierte Carbonfasern, wie sie an den DITF Denkendorf seit langem technisch optimiert werden, sind für diese Anwendung besonders geeignet: Sie sind durch niedrige Rohstoffkosten günstig und haben eine hohe Kohlenstoffausbeute. Außerdem sind sie nicht, wie Verstärkungsstahl, anfällig für Oxidation und dadurch wesentlich länger haltbar. Wenngleich Carbonfasern in der Herstellung energieintensiver sind als Stahl, wie er in Stahlbeton verwendet wird, so wird doch nur eine geringe Menge für den Einsatz im Baustoff benötigt. Dadurch ist die Energie- und CO₂-Bilanz erheblich besser als für Stahlbeton. Durch die Verwendung von Solarwärme und Biomasse zur Herstellung der Carbonfasern und die Verwitterung der Steinstäube wird die CO₂-Bilanz des neuen Baumaterials insgesamt sogar negativ, wodurch CO₂-negatives Bauen von Gebäuden möglich wird.

Die dritte Komponente des neuen Baumaterials besteht aus Biokohle. Diese kommt als Füllmaterial zwischen den beiden Gesteinsplatten zum Einsatz. Die Kohle wirkt als effektives Dämmmaterial. Sie ist zusätzlich ein dauerhafte CO₂-Speicherquelle, die in der CO₂-Bilanz des gesamten Wandelements eine nennenswerte Rolle spielt.

Aus technischer Sicht ist der bereits realisierte Demonstrator, ein Wandelement für den konstruktiven Bau, weit ausgereift. Als Naturstein wurde ein Gabbro aus Indien verwendet, der optisch hochwertig und für hohe Lastaufnahmen geeignet ist. Das wurde in Lasttests nachgewiesen.  Biobasierte Carbonfasern dienen als Decklagen der Gesteinsplatten. Die Biokohle der Firma Convoris GmbH zeichnet sich durch besonders gute Wärmeisolationswerte aus.

Die CO₂-Bilanz einer Hauswand aus dem neuen Werkstoff wurde berechnet und der von etabliertem Stahlbeton gegenübergestellt. Es ergibt sich eine Differenz in der CO₂-Bilanz von 157 CO₂-Equivalenten je Quadratmeter Hauswand. Eine deutliche Einsparung!

* (Methods for removing atmospheric carbon dioxide (Carbon Dioxide Removal) by Direct Air Carbon Capture, Utilization and Sustainable Storage after Use (DACCUS).

Die Lenzing Gruppe hat für ihre am indonesischen Standort erzeugten Viscosefasern die Zertifizierung durch das international anerkannte EU Ecolabel erhalten. Somit erfüllen die in Purwakarta (PT. South Pacific Viscose) produzierten Fasern hohe Umweltstandards. Das Produktportfolio besteht damit aus Fasern der Marke LENZING™ ECOVERO™ für Textilien und Fasern der Marke VEOCEL™ für Vliesstoffanwendungen.

Aufgrund der erheblichen Investitionen zur Modernisierung des indonesischen Standortes in Höhe von EUR 100 Mio. ist Lenzing in der Lage, ihre spezifischen Emissionen deutlich zu reduzieren. Zudem bezieht der Standort seit kurzem Strom aus erneuerbaren Energien und treibt die Umstellung auf Biomasse weiter voran. Diese Maßnahmen sind im Einklang mit den Zielen von Lenzing, die gruppenweiten CO₂-Emissionen pro Tonne verkauftem Produkt bis 2030 um 50 Prozent zu senken und bis 2050 klimaneutral zu produzieren.

Der menschengemachte Klimawandel ist eines der drängendsten Probleme unserer Zeit, zu dem sowohl die globale Textil- als auch die Vliesstoffindustrie Verantwortung tragen. LENZING™ ECOVERO™ Viscosefasern (für Textilien) und VEOCEL™ Viscose (für Vliesstoffe) verursachen nachweislich deutlich weniger Treibhausgasemissionen und Wasserbelastung als generische Viscose. Am indonesischen Standort plant Lenzing zukünftig auch die innovativen LENZING™ ECOVERO™ Black Fasern produzieren, die dank des Spinnfärbeverfahrens weniger Energie und Wasser in der textilen Kette benötigen und somit auch einen geringeren CO₂-Fußabdruck in ihrem Lebenszyklus als Textilprodukt aufweisen.

Butadien ist eine wichtige Plattformchemikalie, um Polymere – u.a. für die Produktion von Autoreifen – herzustellen. Bislang wird das Monomer aber meist auf Basis von Erdöl gewonnen. Eine alternative Syntheseroute haben Forschende des Fraunhofer UMSICHT im Rahmen des Projektes Power2C4 untersucht. Im Fokus: ein katalytisches Verfahren unter Einsatz regenerativ erzeugten Stroms.

»Butadien spielt eine wichtige Rolle bei der Herstellung von Polymeren«, ordnet UMSICHT-Wissenschaftler Marc Greuel ein. Neben Polybutadien, das in Autoreifen Anwendung findet, können Polytetrahydrofuran (PTHF), Polybutylenterephtalat (PBT) und Polybutylensuccinat (PBS) aus dem Monomer erzeugt werden. »Der Haken: Aktuell wird Butadien zu 95 Prozent als Nebenprodukt beim thermischen Zersetzen von Rohbenzin zu Ethen gewonnen – unter Ausstoß von Kohlendioxid. Zudem werden die Preise für Butadien perspektivisch ansteigen, da sich die Rohstoffbasis für Ethen immer mehr in Richtung Schiefergas verschiebt und dadurch die Produktionskapazität für Butadien sinkt.« Das Interesse an einem alternativen Herstellungsprozess ist also nicht nur aus Klimaschutzgründen groß.

Die Frage, wie eine nachhaltigere, emissionsärmere und auch günstige Syntheseroute aussehen kann, stand im Zentrum des Projektes Power2C4. Angesiedelt im Kompetenzzentrum »Virtuelles Institut – Strom zu Gas und Wärme« hat es Expertinnen und Experten des Fraunhofer UMSICHT, des Gas- und Wärme-Instituts Essen e.V., des Energiewirtschaftlichen Instituts an der Universität zu Köln, des Forschungszentrums Jülich, der Ruhr-Universität Bochum, des Wuppertal-Instituts und des ZBT Duisburg zusammengeführt. Ihre Zielsetzung: Flexibilitätsoptionen vor dem Hintergrund der Energiewende zu untersuchen. Im Fokus des Teilprojekts Power2C4 stand ein neues katalytisches Herstellungsverfahren unter Einsatz regenerativ erzeugten Stroms. Ausgangspunkt ist Ethanol, das zum Beispiel im Zuge einer Hydrierungsreaktion aus CO2 und elektrolytisch erzeugtem Wasserstoff gewonnen wird. Dieses Ethanol dient in einem zweiten Schritt zur Synthese von Butadien mittels des sogenannten Lebedev-Prozesses.

Vielversprechendes Katalysatorsystem identifiziert
Da der erste Schritt bereits Gegenstand zahlreicher Forschungsaktivitäten ist, konzentrierten sich Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler auf die Weiterveredlung des Ethanols zu Butadien und die Verfahrenskopplung beider Schritte. »Wir haben u.a. ein neues Katalysatorsystem auf Basis eines synthetischen Saponiten identifiziert und anschließend synthetisiert«, erklärt Dr. Barbara Zeidler-Fandrich vom Fraunhofer UMSICHT. Die Testung der katalytischen Aktivität erfolgte in einer eigens konstruierten Versuchsanlage. »Aufbauend auf einem ersten Screening haben wir aussichtsreiche Materialien weiter optimiert. Das Ergebnis: Verglichen mit dem unmodifizierten Ausgangsmaterial lässt sich die Butadien-Selektivität im Rahmen der Katalysatoroptimierung deutlich erhöhen. Allerdings ist auch klar geworden, dass noch weiteres Potenzial zur Verbesserung der Katalysatorperformance besteht.«

Nachhaltigkeitsbewertung des Power-to-Butadien-Prozesses
Wie nachhaltig dieser Power-to-Butadien-Prozess wirklich ist, haben Dr. Markus Hiebel und Dr. Daniel Maga vom Fraunhofer UMSICHT in einer Life Cycle Analysis (LCA) untersucht. Beleuchtet haben sie dabei – neben unterschiedlichen Katalysatoren – die Herstellungsmethode von Ethanol und die Relevanz der eingesetzte Energiequelle. »Wir konnten zeigen, dass der Lebedev-Prozess je nach verwendeter Ethanol- und Energiequelle das Potenzial hat, Butadien und damit auch Styrol-Butadien-Kautschuk aus biobasiertem Ethanol oder CO2-basiertem Ethanol herzustellen und CO2-Emissionen zu reduzieren«, so Daniel Maga. »Damit ermöglicht der Power2C4-Prozess die Nutzung alternativer Kohlenstoffquellen.« Besonders die Nutzung von Ethanol aus Restbiomasseströmen wie Bagasse oder Stroh eröffne Wege, Treibhausgasemissionen von Butadien deutlich zu reduzieren. Zudem führe ein Strommix mit immer höheren Anteilen an erneuerbaren Energien zur Möglichkeit, Treibhausgasreduktionen über Carbon-Capture-and-Utilization-Prozesse (CCU) zu realisieren.
 
FÖRDERHINWEIS
Das Kompetenzzentrum »Virtuelles Institut – Strom zu Gas und Wärme« wird gefördert durch das »Operationelle Programm zur Förderung von Investitionen in Wachstum und Beschäftigung für Nordrhein-Westfalen aus dem Europäischen Fonds für regionale Entwicklung« (OP EFRE NRW) sowie durch das Ministerium für Wirtschaft, Innovation, Digitalisierung und Energie des Landes Nordrhein-Westfalen.

Zum dritten Mal verleiht das nova-Institut im Rahmen der „Cellulose Fibres Conference 2023“ (8.-9. März 2023) die Auszeichnung „Cellulose Fibre Innovation of the Year“. Der Konferenzbeirat hat sechs Innovationen nominiert, darunter Cellulosefasern aus Altkleidern, Bananenproduktionsabfällen und bakteriellen Zellstoffen sowie eine neuartige Technologie zur Herstellung von Lyocellgarnen und ein Hygieneprodukt. Die Innovationen werden dem Konferenzpublikum am Nachmittag des ersten Veranstaltungstags zur Abstimmung vorgelegt, die Preisverleihung findet anschließend am Abend statt. Der Innovationspreis „Cellulose Fibre Innovation of the Year 2023“ wird von GIG Karasek aus Österreich gesponsert.

Die sechs Nominierten
Vybrana – Die Bananenfaser der neuen Generation – GenCrest Bioproducts (Indien)
Vybrana ist eine nachhaltige, aus Agrarabfällen gewonnene Cellulosefaser von Gencrest. Die Rohfasern werden aus dem Pseudostamm der Banane am Ende des Lebenszyklus der Pflanze extrahiert. Die Biomasseabfälle werden anschließend mit der von Gencrest patentierten Fiberzyme-Technologie behandelt. Mithilfe von Cocktail-Enzymformulierungen werden hierbei der hohe Ligningehalt und andere Verunreinigungen entfernt und die Faserfibrillierung unterstützt. Das firmeneigene Kotonisierung liefert feine, spinnbare Zellulosestapelfasern, die sich zum Mischen mit anderen Stapelfasern eignen und auf allen herkömmlichen
Spinnsystemen zu Garnen für nachhaltige Bekleidung versponnen werden können. Vybrana wird ohne den Einsatz schädlicher Chemikalien und mit minimalem Wasserverbrauch in einem abfallfreien Verfahren hergestellt, bei dem die Restbiomasse in die Bio-Stimulanzien Agrosatva und Bio-Dünger sowie organischen Dünger umgewandelt werden.

HeiQ AeoniQ™ – Technologie für mehr Nachhaltigkeit bei Textilien – HeiQ (Österreich)
HeiQ AeoniQ™ ist die Technologie und Schlüsselinitiative von HeiQ mit dem Potenzial, die Nachhaltigkeit von Textilien zu verändern. Es ist das erste klimapositive Endlos-Zellulose-Filamentgarn, dass in einem geschützten Herstellungsprozess hergestellt wird und das erste, das die Eigenschaften von Polyester- und Nylongarnen in einer zellulosehaltigen, biologisch abbaubaren und endlos recycelbaren Faser reproduziert.
HeiQ AeoniQ™ kann aus verschiedenen zellulosehaltigen Rohstoffen wie Pre- und Post-Consumer-Textilabfällen, Biotech-Zellulose und nicht-valorisierten landwirtschaftlichen Abfällen wie beispielsweise gemahlenen Kaffeeabfällen oder Bananenschalen hergestellt werden. Im Boden baut es sich nach nur 12 Wochen auf natürliche Weise ab. Jede Tonne HeiQ AeoniQ™ spart 5 Tonnen an CO2-Emissionen. Erste mit dieser innovativen Zellulosefaser hergestellten Kleidungsstücke, sind ab Januar 2023 auf dem Markt erhältlich.

TENCEL™ LUXE – Lyocell-Filamentgarn – Lenzing (Österreich)
TENCEL™ LUXE ist das neue vielseitige Lyocellgarn von LENZING, das eine dringend benötigte nachhaltige Filamentlösung für die Textil- und Modeindustrie bietet. TENCEL™ LUXE ist eine mögliche pflanzliche Alternative zu Seide, Langstapel-Baumwolle und synthetischen Filamenten auf Erdölbasis. Es wird aus Holz aus erneuerbarer, nachhaltiger Forstwirtschaft gewonnen und in einem umweltfreundlichen, geschlossenen Kreislaufprozess hergestellt, bei dem Wasser recycelt und mehr als 99 % der organischen Lösungsmittel wiederverwendet werden. Es ist von der Vegan Society zertifiziert und eignet sich für eine breite Palette an Anwendungen und Stoffentwicklungen, von feineren High-Fashion-Vorschlägen über Denim-Konstruktionen, nahtlose und Activewear-Innovationen bis hin zu landwirtschaftlichen und technischen Lösungen.

Nullarbor™ – Nanollose & Birla Cellulose (Australien/Indien)
Im Jahr 2020 begannen Nanollose & Birla Cellulose eine Reise zur Entwicklung und Vermarktung von baumfreiem Lyocell aus bakterieller Cellulose, genannt Nullarbor™. Der Name leitet sich vom lateinischen „nulla arbor“ ab, was „keine Bäume“ bedeutet. Erste Laborforschungen auf beiden Seiten führten zu einer gemeinsamen Patentanmeldung des Patents „Herstellung von hochfesten Lyocellfasern aus bakterieller Cellulose“.
Nullarbor ist deutlich fester als Lyocell aus holzbasiertem Zellstoff; selbst die Zugabe geringer Mengen von Bakterienzellulose zu Holzzellstoff erhöht die Faserzähigkeit. Im Jahr 2022 wurde die erste Pilotcharge von 260 kg mit einem Anteil von 20 % Bakterienzellstoff hergestellt. Mit dieser Faser wurden mehrere hochwertige Stoffe und Kleidungsstücke hergestellt. Die Zusammenarbeit zwischen Nanollose und Birla Cellulose konzentriert sich nun auf eine Steigerung des Produktionsumfangs und des Anteils an bakterieller Zellulose in der Faser.

Circulose® – macht Mode rund – Renewcell (Schweden)
Circulose® von Renewcell ist ein Markenzellstoff, der zu 100 % aus Textilabfällen wie Altkleidern und Produktionsabfällen hergestellt wird. Es handelt sich um ein einzigartiges Material für Mode, das zu 100 % recycelt, wiederverwertbar, biologisch abbaubar und von gleichwertiger Qualität wie Neuware ist. Es wird von Faserherstellern zur Herstellung von Stapelfasern oder Filamenten wie Viskose, Lyocell, Modal, Acetat oder anderen Arten von cellulosischen Chemiefasern verwendet. Im Jahr 2022 eröffnete Renewcell in Sundsvall, Schweden, die weltweit erste Anlage für das chemische Recycling von Textilien zu Textilien – Renewcell 1. Die Anlage wird eine jährliche Kapazität von 120.000 Tonnen erreichen.

Sparkle sustainable sanitary pads – Sparkle Innovations (Vereinigte Staaten)
Sparkle hat nachhaltige, plastikfreie, biologisch abbaubare und kompostierbare Sparkle Damenbinden entwickelt. Vom Produkt bis zur Verpackung bestehen sie zu rund 90 % aus zellulosebasierten Materialien, wobei das Deckblatt, der saugfähige Kern, das Trennpapier, das Einschlagpapier und die Verpackung aus zellulosebasierten Fasern bestehen. Unabhängig davon, ob Sparkle-Binden in einer Kompostgrube, bei der Verbrennung oder auf einer Mülldeponie landen, sind sie eine nachhaltigere Alternative im Vergleich zu herkömmlichen Binden, die große Mengen an Kunststoffen, komplexen petrochemischen Inhaltsstoffen und künstlichen Duftstoffen enthalten. Bei Tests gemäß der ISO 14855-1 durch ein führendes unabhängiges Labor in Europa, erreichten Sparkle-Einlagen unter kommerziellen Kompostierungsbedingungen innerhalb von 90 Tagen einen absoluten biologischen Abbau von über 90 %.